(完整版)ppt版本——哈工大版理論力學(xué)課件(全套)01

1、理論力學(xué)緒理論力學(xué)論1理論力學(xué)2一、理論力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容理論力學(xué)：是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的學(xué)科。機(jī)械運(yùn)動(dòng)：是物體在空間的位置隨時(shí)間的變化。理論力學(xué)的內(nèi)容：靜力學(xué)：研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律，同時(shí)也研究力的一般性質(zhì)和力系的簡(jiǎn)化方法等。運(yùn)動(dòng)學(xué)：研究物體運(yùn)動(dòng)的幾何性質(zhì)，而不研究引起物體運(yùn)動(dòng)的原因。動(dòng)力學(xué)：研究受力物體的運(yùn)動(dòng)與作用力之間的關(guān)系。理論力學(xué)3專業(yè)課技 術(shù) 基 礎(chǔ) 課基礎(chǔ)課二、理論力學(xué)的任務(wù)1、理論力學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課2、理論力學(xué)是很多專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)例如：材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué) 、流體力學(xué) 、機(jī)械振動(dòng)等一系列后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。理論力學(xué)4

2、觀察和實(shí)驗(yàn)分析、歸納和總結(jié)力學(xué)最基本規(guī)律抽象、推理和數(shù)學(xué)演繹理論體系用于實(shí)際力學(xué)模型剛體、質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、彈簧質(zhì)點(diǎn)、彈性體等三、理論力學(xué)的研究方法理論力學(xué)5引言靜力學(xué)是研究物體在力系作用下平衡規(guī)律的科學(xué)。力平系：是指作用在物體上的一群力。衡：是指物體相對(duì)于慣性參考系（地面）保持靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。靜力學(xué)主要研究：1、物體的受力分析；2、力系的等效替換（簡(jiǎn)化）；3、力系的平衡條件及其應(yīng)用。平衡力系：使物體處于平衡的力系。理論力學(xué)6理論力學(xué)7力的單位： 國(guó)際單位制：牛頓(n) 、千牛頓(kn)靜力學(xué)基本概念一、力的概念1、定義：力是物體間的相互機(jī)械作用，這種作用可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2、力

3、的效應(yīng)：運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(外效應(yīng)理論力學(xué)研究)變形效應(yīng)(內(nèi)效應(yīng)材料力學(xué)研究)3、力的三要素：大小，方向，作用點(diǎn)fa力是矢量，其表示方法理論力學(xué)8二、剛體剛體就是在力的作用下，大小和形狀都不變的物體。絕對(duì)剛體不存在，但研究力的外效應(yīng)時(shí)可將變形體看成剛體。研究力的內(nèi)效應(yīng)前也將物體看成剛體。剛體內(nèi)部任意兩點(diǎn)間的距離始終不變。不同物體剛體一些基本公理和定理只對(duì)剛體成立，對(duì)可變形的物體不成立。理論力學(xué)9理論力學(xué)10af1f2公理：是人類經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)而得到的結(jié)論，它被反復(fù)的實(shí)踐所驗(yàn)證，是無(wú)須證明而為人們所公認(rèn)的結(jié)論。1-1靜力學(xué)公理公理1力的平行四邊形法則作用于物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)力可合成為一個(gè)合力，此合力也

4、作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)確定。1frfrf1f2即：合力為原兩力的矢量和。fr f f2 力三角形af1frf2a理論力學(xué)11公理2二力平衡條件作用于同一剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要與充分條件是： 這兩個(gè)力大小相等 | f1| = | f2|方向相反 f1=f2 (矢量)且在同一直線上。對(duì)多剛體不成立剛體f1f2說(shuō)明：對(duì)剛體來(lái)說(shuō)，上面的條件是充要的；對(duì)變形體來(lái)說(shuō)，上面的條件只是必要條件。f2f1繩子平衡f2f1繩子不平衡f2f1不平衡理論力學(xué)12二力構(gòu)件：只在兩個(gè)力作用下平衡的剛體叫二力構(gòu)件。在已知的任意力系上加上或減去任意一個(gè)平衡力系，

5、并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。公理3注意：二力構(gòu)件是不計(jì)自重的。加減平衡力系原理二力桿f1f2f1f2二力構(gòu)件理論力學(xué)13fa推論1：力的可傳性作用于剛體上的力可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變?cè)摿?duì)剛體的作用效應(yīng)。因此，對(duì)剛體來(lái)說(shuō)，力作用三要素為：大小，方向，作用線剛體受三力作用而平衡，若其中兩力作用線匯交于一點(diǎn)，則另一力的作用線必匯交于同一點(diǎn)，且三力的作用線共面。(特殊情況下，力在無(wú)窮遠(yuǎn)處匯交平行且共面。)推論2：三力平衡匯交定理a fbf2f1boacf3等效af f b f 等效f f b理論力學(xué)14公理4作用和反作用定律（牛頓第三定律）兩物體相互間的作用力總是同時(shí)存在，且等值

6、、反向、共線，分別作用在兩個(gè)物體上。證f1，f2，f3 為平衡力系， f12 ，f3也為平衡力系。又 二力平衡必等值、反向、共線， 三力f1，f2，f3 必匯交，且共面。f12f1abocf3f2理論力學(xué)15公理5剛化原理變形體在某一力系作用下處于平衡，若將此變形體變成剛體（剛化為剛體），則平衡狀態(tài)保持不變。公理5告訴我們：處于平衡狀態(tài)的變形體，可用剛體靜力學(xué)的平衡理論。f2f1繩子平衡f2f1剛體平衡理論力學(xué)16一、概念1-2 約束和約束力自由體：位移不受限制的物體叫自由體。非自由體：位移受限制的物體叫非自由體。工程中的絕大多數(shù)物體為非自由體。其位移受到周圍物體的限制。我們稱起限制作用的周圍

7、物體為約束體。約 束：由約束體構(gòu)成，對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的條件。工程中的約束總是以接觸的方式構(gòu)成的。約束力：約束給被約束物體的力叫約束力。（也稱約束反力）理論力學(xué)17約束力的特點(diǎn)：fppfn1解除約束，按約束性質(zhì)代之以約束力。fn1fn2fn2對(duì)單個(gè)對(duì)象，為了簡(jiǎn)化約束力大小待定方向與該約束所能阻礙的位移方向相反作用點(diǎn)接觸處f理論力學(xué)18二、約束類型和確定約束力方向的方法1、光滑接觸面的約束：光滑約束 (光滑指摩擦不計(jì))約束力作用在接觸點(diǎn)處，方向沿接觸面的公法線并指向受力物體，也稱為法向約束力，通常用fn表示。fpfnabpfn1fn2fnb理論力學(xué)19理論力學(xué)20理論力學(xué)21理論力學(xué)

8、22理論力學(xué)23理論力學(xué)24節(jié)圓壓力角理論力學(xué)252、由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的約束：柔性約束理論力學(xué)26不能稱為二力構(gòu)件ppftft2ft1柔性體只能受拉，所以它們的約束力是作用在接觸點(diǎn)，方向沿柔性體軸線而背離物體。通常用ft表示。理論力學(xué)27理論力學(xué)283、光滑鉸鏈約束（向心軸承、圓柱鉸鏈、固定鉸鏈支座等）（1）向心軸承（徑向軸承）ffx軸承fy軸接觸點(diǎn)約束特點(diǎn)：軸在軸承孔內(nèi)，軸為非自由體、 軸承孔為約束約束力：當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，軸與孔在接觸處為光滑接觸約束法向約束力，約束力作用在接觸處，沿徑向指向軸心。理論力學(xué)29理論力學(xué)30（2）光滑圓柱鉸鏈約束特點(diǎn)：由兩個(gè)各穿孔的構(gòu)件及圓柱銷釘組成。

9、理論力學(xué)31理論力學(xué)32理論力學(xué)33fay銷釘afa銷釘a鉸鏈放大 fafaxa其它主動(dòng)力未畫(huà)出a光滑圓柱鉸鏈約束力： 亦為孔與軸的配合問(wèn)題，與軸承一樣，可用兩個(gè)正交分力表示。約束力指向未定理論力學(xué)34 鉸鏈約束力可用兩個(gè)正交分力表示。其中有作用反作用關(guān)系f cx f cx，fcy fcy一般不必單獨(dú)分析銷釘受力，當(dāng)要分析時(shí)，必須把銷釘單獨(dú)取出。理論力學(xué)35理論力學(xué)36理論力學(xué)37（3）固定鉸鏈支座（其中一個(gè)構(gòu)件固定在地面）afaxfayaaa簡(jiǎn)化圖理論力學(xué)38理論力學(xué)39理論力學(xué)404、其它類型約束（1）滾動(dòng)支座(活動(dòng)鉸支座、輥軸支座)約束特點(diǎn)：在上述固定鉸支座與光滑固定平面之間裝有光滑輥軸

10、而成。約束力：構(gòu)件受到垂直于光滑面的約束力。理論力學(xué)41（滾動(dòng)）活動(dòng)鉸支座（輥軸支座）f的實(shí)際方向也可以向下aa簡(jiǎn)化圖afaa理論力學(xué)42理論力學(xué)43理論力學(xué)44滑槽與銷釘（雙面約束）注意其它構(gòu)件和銷釘連接有不同的約束形式屬于雙面光滑約束二力構(gòu)件做為一種約束，其約束力沿兩點(diǎn)連線方向。理論力學(xué)45obacp二力桿obacp二力構(gòu)件obacp二力構(gòu)件obcpfoxfoyfb二力桿的約束力固定鉸的約束力理論力學(xué)46(2) 球鉸鏈afax約束特點(diǎn)：通過(guò)球與球殼將構(gòu)件連接，構(gòu)件可以繞球心任意轉(zhuǎn)動(dòng)，但構(gòu)件與球心不能有任何移動(dòng)。約束力：當(dāng)忽略摩擦?xí)r，球與球座亦是光滑約束問(wèn)題。約束力通過(guò)接觸點(diǎn)，并指向球心，是

11、一個(gè)不能預(yù)先確定的空間力，可用三個(gè)正交分力表示。fayfaz理論力學(xué)47理論力學(xué)48（3）止推軸承（圓錐軸承）約束特點(diǎn)：止推軸承比徑向軸承多一個(gè)軸向的位移限制。約束力：比徑向軸承多一個(gè)軸向的約束力，亦有三個(gè)正交分力fax， fay ，faz 。afaxfayfaz理論力學(xué)49理論力學(xué)501-3 物體的受力分析和受力圖一、受力分析解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，首先要選定需要進(jìn)行研究的物體，即選擇研究對(duì)象，然后根據(jù)已知條件，約束類型并結(jié)合基本概念和公理分析它的受力情況，這個(gè)過(guò)程稱為物體的受力分析。作用在物體上的力有兩類：一類是主動(dòng)力，如重力，風(fēng)力，氣體壓力等。主動(dòng)力通常稱為載荷。二類是被動(dòng)力，即約束力。理論力學(xué)

12、51載荷的分類載荷集中載荷：載荷的作用范圍很小，可忽略不計(jì)。分布載荷：載荷作用在整個(gè)物體或某一部分上。分布載荷體載荷：載荷作用在整個(gè)體積上。面載荷：載荷作用在整個(gè)面積上。線載荷：載荷作用在整個(gè)長(zhǎng)度上。載荷集度分布物體單位體積、單位面積、單位長(zhǎng)度上所承受的載荷。dfr dfr dfrdv ds dlq1均布載荷q集中載荷fm力偶三角形載荷理論力學(xué)52畫(huà)上主動(dòng)力；畫(huà)出約束力。二、受力圖畫(huà)物體受力圖主要步驟為：選研究對(duì)象；取分離體；例pabocdfncopcfnd dftfncfayfaxacb理論力學(xué)53f1f2dbafbfayfaxfcyfcxfbofccbf2fbcbf1f2dbac例如圖所示

13、結(jié)構(gòu)，畫(huà)ad、bc的受力圖。c處固定鉸的約束力通過(guò)三力平衡匯交定理確定其方位后，用一個(gè)力表示。也可用互相垂直的兩個(gè)分力表示。一般用后者表示較好。fey e理論力學(xué)54例 畫(huà)出下列各構(gòu)件的受力圖pabdeefeyfexpftfexfbafayfaxbftfbfayfaxefcxfedfc1x理論力學(xué)55faxfcxbfbfcyc dfdef fcycfedae與之聯(lián)系的任意一個(gè)構(gòu)件上。但二力構(gòu)件除外！afayefaxfayfc1ybcc ffedfc1xfc1ydfdefb注意鉸鏈c約束力的含義不同！ac為單鉸受載荷作用，載荷隨銷釘作用在e例畫(huà)出如圖所示結(jié)構(gòu)的受力圖ffdec bdd理論力學(xué)56

14、例 畫(huà)出下列各構(gòu)件的受力圖c為復(fù)鉸鏈abdepcopftoftftfoyfoxftfcy ftfcxcbecftfcxc為單鉸受載荷作用fcyda理論力學(xué)57adftfcxfcyfac為單鉸受載荷作用becfcxftfcydafdfc1x cfc1yfc1yfc1x cebfbyfefbxfcxfcyfc1x cfc2xfc1yfc2y理論力學(xué)58f1abceg例 畫(huà)出下列各構(gòu)件的受力圖df2f1adfaxfayfbxfbybef2fbf3gfbyfbx bfefefdfcycfcyfaxfayfdf3fcxfcfcx理論力學(xué)59p1p2fca例 畫(huà)出下列各構(gòu)件的受力圖debghkp1ghcd

15、fdcfcdfkgp2ackfhxfhyfgyfgxedfhxhfhyftftfgxfgy fcdfkfkfayfaxfexfeye fexfdcfeybfb理論力學(xué)60三、畫(huà)受力圖應(yīng)注意的問(wèn)題1、不要漏畫(huà)力除重力、電磁力外，物體之間只有通過(guò)接觸才有相互機(jī)械作用力，要分清研究對(duì)象（受力體）都與周圍哪些物體（施力體）相接觸，接觸處必有力，力的方向由約束類型而定。2、不要多畫(huà)力要注意力是物體之間的相互機(jī)械作用。因此對(duì)于受力體所受的每一個(gè)力，都應(yīng)能明確地指出它是哪一個(gè)施力體施加的。理論力學(xué)613、不要畫(huà)錯(cuò)力的方向約束力的方向必須嚴(yán)格地按照約束的類型來(lái)畫(huà)，不能單憑直觀或根據(jù)主動(dòng)力的方向來(lái)簡(jiǎn)單推想。在分析兩物體之間的作用力與反作用力時(shí)，要注意，作用力的方向一旦確定，反作用力的方向一定要與之相反，不要把箭頭方向畫(huà)錯(cuò)。4、受力圖上一般不能再畫(huà)約束。